基于飛思卡爾單片機的兩輪車(chē)控制系統設計

　　1.前言

　　本文以飛思卡爾的小車(chē)模型為對象，設計了以飛思卡爾單片機MC9S12XS128為核心，自主循跡的兩輪車(chē)自平衡控制系統。

　　實(shí)驗證明該方案在攝像頭導航的兩輪車(chē)系統中具有準確、快速、穩定的自主尋跡效果。

　　2.系統設計與原理

　　本系統以飛思卡爾公司生產(chǎn)的MC9S12XS128單片機為控制核心，主要由電源管理模塊、路徑檢測模塊、車(chē)速檢測塊、加速度檢測模塊、角速度檢測模塊、直流電機驅動(dòng)模塊、液晶顯示模塊、串口調試等功能模塊構成。在電源管理模塊為系統提供穩定電源的基礎上，單片機把加速度和角速度檢測模塊獲得的小車(chē)姿態(tài)信息、路徑信息檢測模塊獲得的小車(chē)前進(jìn)方向信息、車(chē)速檢測模塊返回的車(chē)速信息通過(guò)PID算法控制直流電機驅動(dòng)模塊，以使得小車(chē)在保持直立的前提下快速地行駛。

　　液晶顯示模塊可以實(shí)時(shí)地顯示系統相關(guān)參數，串口調試模塊把接收到單片機的數據送往上位機，方便相關(guān)參數及波形的實(shí)時(shí)觀(guān)察和調試。系統框圖如圖1所示。

　　3.系統硬件設計

　　3.1 主控制器模塊

　　本系統的主控制器是飛思卡爾公司生產(chǎn)的16位MC9S12XS128單片機，它負責對智能車(chē)所采集到的信號進(jìn)行處理并向各個(gè)功能模塊發(fā)送控制信號。MC9S12XS128單片機最高總線(xiàn)頻率可達40MHz,片內資源包括8KRAM、8K EEPROM和128K Flash,擁有4路8位或2路16位脈寬調制模塊（PWM）、2個(gè)8路10位A/D轉換器和帶有16位計數器的8通道定時(shí)器、UART、PIT、I2C、FTM等外部接口模塊。

　　3.2 電源管理模塊

　　可靠的電源是系統穩定運行的前提。

　　本系統采用額定電壓7 . 2 V 、額定容量2000mAh的鎳鎘電池作為動(dòng)力 源。為減小電源紋波，獲得更穩定的供電電壓，本系統選用串聯(lián)線(xiàn)性穩壓芯片LM2940搭建5V穩壓電路，并分別向主控制器模塊、路徑信息檢測模塊、車(chē)速檢測模塊、加速度檢測模塊、角速度檢測模塊、液晶顯示模塊和串?？谡{試模塊供電，再經(jīng)過(guò)AMS1117穩壓到3.3V,向無(wú)線(xiàn)傳輸模塊供電。直流電機驅動(dòng)模塊則直接由電池供電。系統電源管理模塊框圖如圖2示。

　　3.3 路徑信息檢測模塊

　　由C O M S攝像頭和硬件二值化電路組成的路徑信息檢測模塊通過(guò)檢測跑道兩邊2.5cm寬的黑線(xiàn)來(lái)擬合賽道中心以實(shí)現路徑信息檢測。COMS攝像頭是按固定分辨率以隔行掃描的方式采集圖像上的點(diǎn)，并將這些點(diǎn)的灰度值通過(guò)圖像傳感芯片轉換成模擬電壓信號，然后采用二值化電路把此信號轉換成數字信號，通過(guò)單片機I/O口采集獲得賽道信息。硬件二值化檢測電路如圖3所示。